高等植物的花发育是其生活史中至关重要的发育过程,是植物营养生长转变为生殖生长的关键时期,因此花器官的正常发育是植物繁殖的重要保证。向日葵是一种世界性的重要油料作物,同时近年来也作为观赏植物深受人们喜爱。向日葵作为典型的菊科植物,研究其花发育过程,对研究菊科植物的花发育过程及提升向日葵产量具有重要意义。MADS-box基因是一类在植物生长发育过程中作用广泛的转录因子,对花发育过程尤为重要,但当前对于MADS-box基因的研究主要集中于模式植物中,在向日葵中的研究较少。本文以向日葵lpm(long petal mutant)为材料,并从向日葵花发育转录组数据库中筛选MADS-box候选基因。随后对这些候选基因进行生物信息学分析,并对他们在野生型和lpm向日葵中的时空表达模式进行了实时荧光定量分析。主要研究结果如下:(1)形态解剖观察结果表明:lpm与野生型向日葵相比,舌状花无显著差异,筒状花花瓣延长且雄蕊退化,其中花瓣从开花前15天左右开始显著延长,而雄蕊从开花前25天左右开始退化。说明开花前15天和开花前25天是lpm突变性状形成的关键时期。(2)组织学观察结果表明:lpm与野生型向日葵筒状花花瓣细胞在大小上无明显差异,而在细胞数目上,lpm的花瓣细胞明显多于野生型。说明lpm花瓣延长的直接原因是花瓣细胞数目的增多。(3)向日葵MADS-box基因的生物信息学分析表明:本文共鉴定出25个MADS-box基因,其中包括2个TypeⅠ型和23个TypeⅡ型基因。TypeⅡ型MADS-box基因的保守基序更为完整,结构更复杂,说明TypeⅡ型基因可能具有比TypeⅠ型更为复杂的功能。系统发育分析表明,这23个TypeⅡ型基因不均匀的分布在9个亚族中,位于同一分支的亚族基因可能具有着类似的生物学功能。(4)MADS-box基因的组织表达模式表明:根据23个TypeⅡ型基因在花中的表达情况可分为三种表达类型:第一种为在花中特异表达;第二种为在花及其他组织中表达;第三种为在除花以外的其他组织中表达。在花中特异表达的基因大多属于花发育模型基因。说明MADS-box基因中的花发育模型基因可能在向日葵花发育过程发挥着重要作用,且其余MADS-box基因在其他组织中发挥着一定的作用。(5)MADS-box基因的花器官表达模式表明:AP1/SQUA亚族基因主要在花瓣和苞片中表达;PI/AP3基因主要在花瓣中表达;AG基因主要在雌蕊中表达;而SEP亚族在花瓣、雌蕊等器官中均有表达。以上结果与ABCE模型基本符合,说明花发育模型在向日葵中仍然适用,为研究向日葵花器官决定和花发育的分子机制奠定了基础。(6)通过对MADS-box基因在不同花发育时期及花器官中的表达情况分析,结果表明,B类基因HaMADS1和E类基因HaMADS9在lpm中的表达从-15DPA开始表现出上调,且他们在开花当天的花瓣中的表达也显著上调,推测他们可能共同影响着花瓣细胞增殖从而导致花瓣延长。在-25DPA,B类基因HaMADS13和HaMADS19,C类基因HaMADS2和E类基因HaMADS12在lpm花中的表达显著下调,推测他们可能与雄蕊退化有关。综上所述,本文明确了lpm的突变性状及性状形成时期,发现花发育模型基因在lpm突变性状形成过程中发挥着重要作用,尤其是B类基因的作用尤为显著。这些结果为研究向日葵花发育分子机制奠定了基础,并为今后通过分子育种或者基因功能等手段定向改变向日葵或其他菊科植物的农艺性状提供理论依据。